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实验一:基于原理图的十进制计数器设计一、 实验目的：1. 熟悉和掌握ISE Foudation 软件的使用；2. 掌握基于原理图进行FPGA 设计开发的全流程；3. 理解和掌握“自底向上”的层次化设计方法；4. 温习数字电路设计的基础知识。
二、 实验原理：完成一个具有数显输出的十进制计数器设计，原理图如图2.1所示。
图2.1 十进制计数器原理图本实验为完成设计，采用了自底向上的设计流程。
自底向上设计是一种设计程序的过程和方法，是在设计具有层次结构的大型程序时，先设计一些较下层的程序，即去解决问题的各个不同的小部分，然后把这些部分组合成为完整的程序。
自底向上设计是从底层（具体部件）开始的，实际中无论是取用已有模块还是自行设计电路，其设计成本和开发周期都优于自顶向下法；但由于设计是从最底层开始的，所以难以保证总体设计的最佳性，例如电路结构不优化、能够共用的器件没有共用。
在现代许多设计中，是混合使用自顶向下法和自顶向上法的，因为混合应用可能会取得更好的设计效果。
一般来说，自顶向下设计方法适用于设计各种规模的数字系统，而自底向上的设计方法则更适用于设计小型数字系统。
十进制计数器七段数码管显示译码器使能控制端时钟端 异步清零端FPGA1、七段数码管译码器的设计七段数码管属于数码管的一种，是由7段二极管组成。
按发光二极管单元衔接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
本实验使用共阴数码管。
它是指将一切发光二极管的阴极接到一同构成公共阴极(COM)的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平相应字段就不亮。
显示译码器，一般是将一种编码译成十进制码或特定的编码，并通过显示器件将译码器的状态显示出来。
根据显示的要求，可以得到七段显示译码器产生的各段LED输出与输入的二进制对应关系：表2.1七段字符显示真值表最小项译码器输出能产生输入变量的所有最小项，而任何一个组合逻辑函数都可以变换为最小项之和的标准形式，故采用译码器和门电路可实现任何单输出或多输出的组合逻辑函数。
基于FPGA的Serdes接口电路设计Comma和PRBS检测方案(仅供内部使用)拟制：谭宇日期：2013/09/13审核：姚亚峰日期：内部资料请勿外传修订记录日期修订版本描述作者2012/09/13 1.00初稿完成谭宇目录1.Serdes接口电路整体结构图 (3)2.概述 (5)2.1.文档版本 (5)2.2.相关标准 (5)2.3.开发环境 (5)3.Serdes接口电路选型 (5)3.1.Serdes芯片架构选型 (5)3.2.Serdes主要性能指标 (7)ma检测电路原理和实现 (7)ma检测电路原理 (7)ma的设计思路 (8)5.PRBS电路原理和实现 (9)5.1.PRBS电路原理 (9)5.2.PRBS电路实现过程 (10)6.说明 (10)Comma和PRBS检测电路设计说明书关键词：Serdes接口电路设计摘要：随着电子行业技术的发展，特别是在传输接口的发展上，原本用于光纤通信的Serdes 技术成为了为高速串行接口的主流。
它是一种时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。
即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。
这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。
安华高，博通，飞兆等国外半导体公司均已推出基于独立的Serdes 芯片，而国内目前还基本处于预研阶段。
本文就以基于FPGA的Serdes芯片IP core中Comma和PRBS检测电路部分做详细的介绍和说明。
缩略语清单：Serdes Serializer/Deserializer串行器/解串器PRBS Pseudo-Random Binary Sequence伪随机二进制序列1.Serdes接口电路整体结构图图1.Serdes接口电路整体结构图Serdes接口电路为一个全双工电路，同时又具有点对点的高效传输。
基于FPGA的简单音乐电路设计方案工作任务的陈述与背景一、工作任务的陈述使用层次化设计方法，设计并用FPGA实现一个能循环播放乐曲的音乐电路。
二、工作任务的背景据有关媒体介绍，中国的第一颗人造卫星东方红一号卫星，于1965年开始研制，1970年4月24日进入太空轨道，该星重量超过了苏、美、法、日等前4个国家第一颗卫星重量的总和,在某些技术方面超过上述4个国家第一颗卫星的水平,开创了中国航天史的新纪元。
东方红一号重173公斤,设计寿命为14天,实际寿命达到20天,1970年5月14日停止发送信号。
关键技术包括《东方红》乐音装置、短波天线遥测系统等4项。
其中电子乐音发生器是全星的核心部分,它通过20兆赫兹短波发射系统反复向地面播送“东方红”乐曲的前八小节，全中国人民乃至全世界的人民通过收音机都能听得到。
完成研制东方红乐音装置任务的是中国科学院自动化所的一个小组。
他们首先考虑，用什么样的方法来模拟出“东方红”乐曲。
当时有三种方案提上了台面，一种是八音盒方案，它采用机械齿轮播放音乐；另一种就是把音乐录在磁带机上，但是当时中国还没有小磁带机，都是笨重的大磁带机，不可能装上卫星升空；因此第三种方案自然就是电子音乐，这也是后来被广泛接受的一种方案。
根据上级要求，只需让卫星播放《东方红》前八个小节的旋律。
小组决定在四十秒内连续播放两遍这八个小节，然后发射机就切换成遥测信号，用一个发射机就可以实现交替传送乐曲和遥测信号的目的。
这是国内早期最知名，影响最大的一个音乐电路。
在国内缺乏集成电路，没有微处理器的那个时代，东方红乐音装置全部用晶体管分立元件做成。
有人粗略统计，整个乐音装置全部共用了110多个晶体三极管（绝大多数是3DG6)，大约150个二极管（都是2AP10），其他都是电阻电容。
现在，音乐电路广泛用于自动答录装置、手机铃声、集团电话及智能仪器仪表设备中。
作为一个电子系统的一个模块，音乐电路的实现方法有以下几种: （1）购买专用音乐电路片。
h哈尔滨工程大学本科生毕业论文基于FPGA的自动调焦电路设计与实现院（系）：信息与通信工程学院专业：电子信息工程学号：学生姓名：指导教师：副教授2009年6月hh摘要随着超大规模集成电路的发展以及现代光学仪器设备在智能化、简便化方面的突破，令数字光学设备迅速普及。
数字信号处理理论的成熟与发展使得基于数字信号处理方式的自动调焦成为可能。
本设计使用FPGA作为数字信号处理与系统控制的核心器件。
将由摄像头输入的模拟电视信号转换为数字电视信号；经过FPGA处理后再将其转换为模拟电视信号输出，并由电视机显示；同时FPGA控制电机的进退实现自动调焦。
系统硬件部分以FPGA为核心，搭载输入视频处理器SAA7111AHZ与数字视频编码器SAA7120以及RAM等其他附属电路。
系统软件部分使用I2C总线实现对输入视频处理器和数字视频编码器的初始化，实现PAL制式模拟电视信号-YUV 数字电视信号-PAL制式模拟电视信号的转换，并使用电视机将其输出。
根据复合视频图像信号的相关原理，对输入视频的中心区域进行灰度熵值的运算，并控制电机的转动方向以阈值法实现自动调焦。
在本设计中，完成了相关的软件和硬件设计，并经过调试后，能够实现较好效果的自动调焦。
关键词：FPGA；灰度熵；输入视频处理器；数字视频编码器hhABSTRACTThe digtal optical equipments become popular,with the development of very-large-scale integrated circuits and the major breakthrough of the modern optical equipments in intelligentizating and facilitating process. The automatic focusing which based on digital signal processing can be realized.In this desgin, FPGA is the key component of digital signal processing and system control.Firstly, an analog TV signal captured by the camera is transformed to a digital TV signal; and then the digtal TV signal is processed by FPGA and finally it is transformed to an analog TV signal output; at the same time, the automatic focusing is realized by the motor controled by FPGA.In the hardware part of the system,FPGA is used as the key component,with accessory circuit such as video input processor, digital video encoder and so on.In the software part, the video input processor and digital video encoder is initialized throgh the I2C bus in order to realize the interconversion of PAL standard analog TV signals and YUV digital TV signals ,which are the output of monitor. According to the theory of composite video signal,the system selects the center part of the input video and calculates its gray region entropy , then control the motor rotation to realize automatic focusing using the thresholding method.hhIn this design, the relevant software and hardware are completed, and can bring automatic focusing into effect well after testing .Key words:FPGA;Gray entropy; Video Input Processor; Digital Video Encoder目hhh 录第1章绪论 (1)1.1 课题背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 概述 (2)1.2.2 国外研究现状 (3)1.2.3 国内研究现状 (4)1.3 主要研究内容 (5)第2章自动调焦系统相关理论 (6)2.1 复合视频图像信号 (6)2.1.1 电视扫描原理 (6)2.1.2 复合视频图像信号的组成 (6)2.1.3 复合视频图像信号主要制式 (8)2.2 I2C总线 (9)2.2.1 概述 (9)2.2.2 I2C总线的主要特点 (10)2.2.3 I2C总线的工作状态及时序 (11)2.3 自动调焦的几种主要方法 (13)2.3.1 测距方法 (13)2.3.2 聚焦检测方法 (14)2.4 基于灰度熵值法的自动调焦算法 (15)2.4.1 灰度熵值提取算法 (15)2.4.2 阈值判断算法 (15)2.5 本章小结 (16)第3章自动调焦系统的硬件设计 (17)3.1 总体方案 (17)3.2 FPGA最小系统 (18)h3.2.1 芯片简介 (18)3.2.2 FPGA的配置 (20)3.3 视频输入处理器及系统 (22)3.3.1 SAA7111AHZ芯片简介 (22)3.3.2 SAA7111AHZ的应用电路 (23)3.4 视频输出处理器及系统 (25)3.4.1 SAA7120芯片简介 (25)3.4.2 SAA7120的应用电路 (26)3.5 其他电路设计 (27)3.5.1 电源电路 (28)3.5.2 外置RAM电路 (28)3.5.3 串口电路 (28)3.5.4 LED指示灯电路 (29)3.6 电路系统的PCB设计 (29)3.7 本章小结 (30)第4章自动调焦系统程序设计 (32)4.1 编程环境 (32)4.1.1 VHDL硬件描述语言特点 (32)4.1.2 VHDL的设计流程 (33)4.1.3 编译环境QuartusII的设计特点 (34)4.1.4 QuartusII开发软件的设计流程 (35)4.2 软件设计总体流程 (36)4.3 视频转换芯片的初始化 (36)4.3.1 I2C总线设计 (37)4.3.2 视频转换芯片的初始化寄存器设置 (37)4.4 自动调焦算法的编程实现 (41)4.5 本章小结 (44)hh第5章系统仿真、调试与性能分析 (45)5.1 系统仿真结果 (45)5.2 系统调试 (46)5.3 系统性能分析 (49)5.4 本章小结 (49)结论 (51)参考文献 (52)致谢 (55)hh第1章绪论1.1课题背景和意义自动调焦，又称为自动对焦、自动聚焦。
FPGA轻松学习用QuartusII通过原理图完成与门电路设计打开QuartusII软件，程序主界面如下：1，新建一个工程点击File——>New Project Wizard，打开创建新工程向导，这里你将完成工程的基本设定选项。
1，Project name and directory——工程的名称与目录2，Name of the top-level design entity——顶层设计实体的名称3，Project files and libraries——项目文件与库4，Target device family and device——目标设备的族类5，EDA tool settings——EDA工具设定这里一般设定好工程名称和目录，顶层设计实体名称以及目标设备族类就可以了，其他的暂时直接使用默认项就可以了。
2，新建一个设计文件通过点击File——>New打开新建文件选择框，由于我们这里使用原理图描述实现的，则文件类型选择Design Files——>Block Diagram/Schematic File，就新建了一个原理图文件，将其保存起来，注意命名要跟前面设置的顶层设计实体名称相同。
3，编写设计文件接下来开始在文件中绘制原理图，这里首先完成与门的添加，点击左侧工具栏中的Symbol Tool按钮，打开Symbol选择框，选择primitives——>logic——>and2，点击OK后即可在原理图中添加一个2输入的与门了。
在同样通过Symbol Tool中的加入和primitives——>pin——>output加入输入和输出引脚，然后在原理图中把他们用Orthogonal Node Tool即导线连接起来，双击输入输出引脚，为他们设定好名字，pinA，pinB，pinC，就完成了原理图中的设计。
4，编译（分析综合）点击Processing——>Start——>Start Analysis & Synthesis，进行分析综合，就好像是对程序进行编译，等待片刻，如果没有错误，编译报告会输出出来。
FPGA芯片中的交叉开关设计李兴政1,2,杨海钢1(1.中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室,北京100080;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:作为一种可重复使用的器件,现场可编程门阵列(FPGA)受到越来越多的关注,它以面积为代价换取使用的灵活性。
在FPGA芯片的设计中,通过分析交叉开关结构的特点,将传输管逻辑应用于其中。
采用这种传输管结构的交叉开关,大大降低了芯片实现所需的晶体管数目,减小了芯片的版图面积,从而提高了FPGA芯片的面积效能。
关键词:现场可编程门阵列;交叉开关;传输管逻辑;晶体管;面积效能中图分类号:T P331.2文献标识码:A文章编号:100423365(2007)0420606204Design of Intercross Switch in FPGA ChipLI Xing2zheng1,2,YANG H ai2gang1(1.State Key Lab of Tr ansdu cer T echnolog y,Institute of Electronics,T he Chinese Academ y of Sciences,Beijing100080;2.Gr adu ate Sch ool,Th e Chinese Aca demy of Sciences,Beijing100039,P.R.China)Abstr act:T he cha racteristics of FP GA.s intercross swit ch st ruct ur e were analyzed,to which pass2tr ansistor log2 ic was applied.The proposed pass2tr ansistor intercross swit ch circuit r educed the number of tr ansistors,and so it occupies smaller chip area.By using this cir cuit,the area efficiency of FP GA chip was improved.Key words:F PGA;Inter cross switch;Pass2transistor logic;Tr ansistor;Area efficiencyEEACC:12651引言现场可编程门阵列(Field Progr ammable Gate Array,FPGA)是美国Xilinx公司于1984年开发的一种通用型用户可编程器件(Programmable Logic Device,PLD)。
控制技术・ 120 ・计算 机测 量与控制 2021 29(4)Computer Measurement & Control文章编号 1671 - 4598(2021)04 - 0120 -06 DOI ：10.16526/ki.11 — 4762/tp.2021. 04.024 中图分类号：TN248文献标识码：A基于FPGA 的可调谐激光器控制电路设计孔市委，任乾钰，王军，贾平岗(中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051)摘要：可调谐激光器是光纤光栅解调系统中最主要的部件之一，其输出波长和功率的稳定性影响整个解调系统的性能；文中 对MG —Y 可调谐激光器的调谐原理进行了分析，设计了一种基于FPGA 的可调谐激光器控制电路；使用温度控制芯片ADN8834对MG —Y 激光器进行温度控制，通过改变电流源的输出电流，控制激光器的输出波长；利用光谱分析仪采集激光器的输出波长，并对激光器的输出波长进行标定，制作“波长一电流”查询表；FPGA 通过调用“波长一电流”查询表，实现激光器的波长在1 527〜1 567 nm 范围内以20 pm 间隔连续线性扫描。
同时搭建光纤布拉格光栅解调系统，验证了可调谐激光器解调 光纤光栅中心波长的可行性。
关键词：MG —Y 激光器；波长控制；温度控制；“波长一电流”查询表Design of Tunable Laser Control Circuit Based on FPGAKong Shiwii , Ren Qianyu , Wang Jun , Jia Pinggang(Science and Technology on Electronic Test & Measurement Laboratory ,North University of China , Taiyuan 030051, China )Abstract : Tunable laser is one of the most important components in the fiber Bragg grating demodulation system. The stability ofits output wavelength and power affects the performance of the whole demodulation system. In this paper , the tuning principle of MG —Ytunablelaserisanalyzed ， andatunablelasercontrolcircuitbasedonFPGAisdesigned Thecircuitusesatemperaturecontrol chipADN8834tocontrolthetemperatureofthe MG —Ylaser ， andcontrolsoutputwavelengthofthelaserbychangingtheoutputcurrent of the current source. The output wavelength of the laser is analyzed by spectrum analyzer , and the output wavelength of la ser is calibrated , and the wavelength 一 current query table is made. The wavelength of the laser can be scanned continuously in the range of 1527 〜1567 nm at the interval of 20 pm by FPGA calling the wavelength 一current query table. At the same time , a fiberBragg grating demodulation system was built to verify the feasibility of the tunable laser to demodulate the center wavelength of the f — bergratingKeywords : Mg 一 Y laser ； wavelength control ； temperature control ； "wavelength —current" query table0引言随着光纤传感技术的迅速发展及其在各工程领域的广 泛应用3］,光纤传感在全球范围内得到了大量的关注，在工程应用、学术研究等方面吸引着许多专家学者34］。
